专利名称：一种低压电动机保护控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子通信技术领域，涉及一种马达保护控制器，尤其涉及一种低压电动机保护控制器。
背景技术：
在目前工业化生产中，低压电动机保护器常用的电流测量是通过电流互感器将输入的安培级电流转换为毫安级电流，然后送入内部控制电路，再经过AD转换和软件分析达到控制的目的。如图1所示，传统电流测量电路，电路原理复杂，而且需要利用电流互感器实现强电到弱电的转换。传统的电流互感器根据电磁感应的原理工作，因为磁饱和的特性， 它的测量值是非线性的，仅能保证一个中间测量范围的精度，所以为实现需要的测量范围的精度，需要从小到大各种规格的互感器，因而导致电动机保护控制器需要有不同的壳架等级，为客户的选型增加了难度，同时也给生产商增加了采购的成本。电流互感器输出的弱电流信号还需要运算放大器放大后，才能进入微处理器单元进行分析处理，而且因为运放的饱和问题，为保证全范围的测量精度，还要区分大、小通道进入微处理器进行分别处理， 这都直接增加了电路的复杂性和微处理器的处理数据量，从而降低信号处理的效率。另一方面，因为过载会导致主回路温度上升，为了同时从温度方面监控回路状态， 电动机保护控制器需要能够同时测量母排温度，而目前市场上的电动机保护控制器很少有带此功能的，均是采用单独的温度控制器，通过温度传感器实现对温度的测量和报警等，安装繁琐，实用性不高，同时也增加了成本。传统的温度测量电路如图2所示，电路原理很复杂，同时还要配合复杂的软件计算。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低压电动机保护控制器，该保护控制器能同时测量母排电流和温度。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。一种低压电动机保护控制器，包括微处理器、存储器、保证控制器正常工作的开关电源模块、用作信号采集的电流/温度传感器模块、开关量输入模块、开关量输出模块；所述微处理器分别与存储器、开关电源模块、电流/温度传感器模块、开关量输入模块、开关量输出模块通信相连；所述电流/温度传感器模块将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器；所述开关量输入模块用以采集触点信号或控制信号输入给微处理器做相应的判断或者执行相应的动作；所述开关量输出模块用以实现微处理器发出的动作命令或故障信号的对外输出。作为本实用新型的一种优选方案，所述低压电动机保护控制器还包括模拟量输出模块、电压测量模块、通信模块、显示单元模块；所述模拟量输出模块与微处理器通信相连， 用以将微处理器输出的模拟量输出给外围设备；所述电压测量模块用以采集电压信号，并将电压信号转换成弱电信号后再进行A/D转换，然后输入给微处理器；所述通信模块与微
3处理器通信相连，用以实现与后台控制系统的通讯；所述显示单元模块与所述微处理器通信相连，用以显示保护控制器检测的实时电量值。作为本实用新型的另一种优选方案，所述通信模块为RS485通信模块。作为本实用新型的再一种优选方案，所述电流/温度传感器模块将采集到的电流 /温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器进行分析；所述电流/温度传感器模块包括电流/温度传感器元件、偏置单元、调制器、偏置消除电路、运算放大器、校准器、解调器、 缓冲器；所述电流/温度传感器元件用以感应母排的电流和温度，输出电压信号给偏置单元、调制器、和偏置消除电路；所述偏置单元与电流/温度传感器元件相连，为电流/温度传感器元件提供正常的工作点，使其工作在线性放大状态；所述调制器与电流/温度传感器元件相连，用以将电压信号中的失调电压和噪声电压调制到较低的值；所述运算放大器与调制器相连，用以将经过调制的信号放大后输出给解调器；所述校准器分别与偏移消除电路和运算放大器相连，用以根据偏移消除电路的输出，校准运算放大器的基准电压；所述解调器与运算放大器相连，用以将运算放大后的信号进行解调，输出解调信号；所述缓冲器与解调器相连，用以将解调信号缓冲输出给微处理器。作为本实用新型的再一种优选方案，所述电流/温度传感器模块为能够同时测量母排电流和温度的霍尔元件或一种基于霍尔效应的单轴集成磁传感器。 本实用新型的有益效果在于本实用新型所述的低压电动机保护控制器弥补了普通电动机保护控制器的不足，实现了电流和温度信号的同时采集和线性输出；此外，微处理器可以直接进行信号的处理，而且只需要采用单壳架等级，避免了传统型设计中不同壳架对模具的投入，降低了成本。
图1为传统的电流测量电路的电路原理图；图2为传统的温度测量电路的电路原理图；图3为本实用新型所述的低压电动机保护控制器的结构框图；图4为本实用新型所述的电流/温度传感器模块的结构框图。主要组件符号说明1、微处理器；2、存储器；3、开关电源模块；4、电流/温度传感器模块；5、电压测量模块；6、开关量输入模块；7、开关量输出模块；8、模拟量输出模块；9、通信模块；10、显示单元模块；41、电流/温度传感器元件；42、偏置单元；43、调制器；44、偏置消除电路；45、运算放大器；46、校准器；47、解调器；48、缓冲器。
具体实施方式
本实用新型提供一个强大的通信、测量、保护的平台，软硬件都采用模块化设计，用户可根据需要进行选择，它弥补了普通电动机保护控制器的不足，提供了一种采用电流和温度传感器的方法，实现电流和温度信号的采集和线性输出，微处理器可以直接进行信号的处理，而且只需要采用单壳架等级，避免了传统型设计中不同壳架对模具的投入，降低了成本。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种低压电动机保护控制器，如图3所示，包括微处理器1(也称 CPU)、存储器2、保证控制器正常工作的开关电源模块3、作为信号采集的电流/温度传感器模块4、电压测量模块5、开关量输入模块6、实现信号输出的开关量输出模块7、模拟量输出模块8、实现组网以及通信的通信模块9、以及具备电量显示和参数设置的显示单元模块 10。其中所述微处理器1分别与存储器2、开关电源模块3、电流/温度传感器模块4、电压测量模块5、开关量输入模块6、开关量输出模块7、模拟量输出模块8、通信模块9、以及显示单元模块10通信相连。所述低压电动机保护控制器是一个以微处理器1为核心的控制系统，其中电压测量模块5采集电压信号，并将电压信号转换成弱电信号，弱电信号经过A/D转换后进入微处理器1进行处理和分析；而电流/温度传感器模块4则将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器1进行分析。下面对各个模块进行分别介绍开关电源模块3所述开关电源模块3为AC/DC85 宽范围输入的开关电源，为所述低压电动机保护控制器提供5V、24V和9V等直流电压，保证控制器的正常稳定工作。电流/温度传感器模块4所述电流/温度传感器模块4的主要功能是高精度的电流检测和处理，以实现对电机的保护和控制。如图4所示，所述电流/温度传感器模块4包括电流/温度传感器元件41、偏置单元42、调制器43、偏置消除电路44、运算放大器45、校准器46、解调器47、缓冲器48 ；所述电流/温度传感器元件41用以感应母排的电流和温度，输出电压信号给偏置单元42、调制器43、偏置消除电路44 ；偏置单元42为电流/温度传感器元件提供正常的工作点，使其工作在线性放大状态；调制器43与电流/温度传感器元件41相连，用以将电压信号中的失调电压和噪声电压调制到较低的值；所述运算放大器45与调制器43相连，用以将经过调制的信号放大后输出给解调器47 ；所述校准器46分别与偏移消除电路44和运算放大器45相连，校准器根据偏移消除电路的输出，校准运算放大器的基准电压，使运算放大器的输出信号精度提高；所述解调器47与运算放大器45相连，用以将运算放大后的信号进行解调，输出解调信号；所述缓冲器48与解调器47相连，用以将解调信号缓冲输出给微处理器1。所述电流/温度传感器模块4是一种基于霍尔效应的单轴集成磁传感器，输出的是一个线性模拟量，其输出电压值和实际的磁场成线性关系。电流/温度传感器模块4的电路是应用传统的CMOS工艺制作而成的，利用一个简单的后处理工序增加的铁氧层，放大磁场并将其集中于霍尔元件中，因此该电流/温度传感器模块4具有高磁灵敏度、低偏移和低噪声的特点。[0037]所述电流/温度传感器模块因为采用了动态偏移，消除了因温度变化引起的偏移电压，对机械应力和温度循环都有很好的免疫，具有非常稳定的信号输出。此传感器模块测量的是和模块表面平行的磁场，因此实际上它是作为一个针对PCB安装的开环电流传感器来使用。它的特点是小尺寸应用设计和一个适用各种电流等级的简单结构。由于具有较短的响应时间和较高的带宽，此传感器模块适用于无接点、高电流和高电压设备中的高速电流测量。[0038]所述电流/温度传感器模块是从汽车工业中沿用而来的一项基于分流电阻的智能传感技术，通过一块嵌入导体的芯片来完成检测功能。智能传感器被安装于母排上，可以同时测出母排上的电流以及温度。传感器的输出为数字信号，通过数据线接入本体端子，此信号不需要经过A/D变换即可以由微处理器直接处理，提高了信号处理的速度，缩小了系统本身的固有延时时间，使保护更迅速。智能传感器代替了传统的电流互感器，并带来了电流互感器所不具备的优点。首先，体积减小，节省了安装空间。其次，精度提高；而且智能传感器在其全测量范围内的测量值均数字化，精度得到了良好的保证。[0039]本实用新型的创新点就在于电流/温度传感器模块的选用，这不同于传统设计中的采用不同规格的互感器，将大电流信号转换成小电流信号进入控制系统，再经过预算放大处理后才能进入微处理器进行处理和分析，而是采集信号并处理后直接输出数字信号给微处理器进行分析，本实用新型的优势是信号采集范围宽、处理迅速、设计简单。[0040]电压测量模块5[0041 ] 所述电压测量模块5用以采集三相电压，并对三相电压进行A/D转换后，传递给微处理器1，进行电压相关保护的分析和处理。[0042]开关量输入模块6[0043]所述开关量输入模块6采集接触器或者断路器的辅助触点信号，或者采集“起动”、“停车”、“复位”等控制信号，输入给微处理器1做相应的判断或者执行相应的动作。[0044]开关量输出模块7[0045]所述微处理器1根据对电压、电流或者开关量的处理结果，发出“起动”、“停车”等动作命令，或者发出“报警”、“跳间”、“故障”等信号给开关量输出模块7，实现相应的对外出□。[0046]模拟量输出模块8[0047]所述微处理器1根据设定的关联要求，将实时电流、电压信号转换成对应的模拟量，通过模拟量输出模块8输出给外围DCS (Distributed Control System,分散控制系统)等设备。[0048]通信模块9[0049]所述通信模块9为RS485通信模块，其使低压电动机保护控制器本测量和控制系统通过Modbus或者ftOfibusDP协议实现与后台控制系统的通讯，实现数据上传、参数修改或者命令传输功能。[0050]显示单元模块10[0051]所述显示单元模块10为液晶显示模块，可以显示保护控制器检测的实时电量值， 包括电流、电压、电能等；也可以显示保护控制器实时状态，如过载、欠压或者堵转等；还可以通过配合的按键实现对参数的修改，如运行方式、端子功能、通讯波特率和地址等；配合按键操作还能实现起动、停车、复位等命令操作。[0052]本实施例还提供一种低压电动机保护控制器的控制方法，包括以下步骤[0053]所述开关电源模块为低压电动机保护控制器供电；[0054]所述电流/温度传感器模块将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器进行分析；[0055]所述开关量输入模块采集触点信号或控制信号输入给微处理器做相应的判断或者执行相应的动作；[0056]所述微处理器将接收的数字信号、触点信号或控制信号存储在所述存储器中；[0057]所述开关量输出模块实现微处理器发出的动作命令或故障信号的对外输出；[0058]所述模拟量输出模块与微处理器通信相连，用以将微处理器输出的模拟量输出给外围设备；[0059]所述电压测量模块采集电压信号，并将电压信号转换成弱电信号后再进行A/D转换，然后输入给微处理器；[0060]所述通信模块为RS485通信模块，所述通信模块与微处理器通信相连，用以实现与后台控制系统的通讯；[0061]所述显示单元模块与所述微处理器通信相连，用以显示保护控制器检测的实时电量值。[0062]所述电流/温度传感器模块的工作方法包括以下步骤[0063]所述电流/温度传感器元件感应母排的电流和温度，输出电压信号给偏置单元、 调制器、和偏置消除电路；[0064]所述偏置单元与电流/温度传感器元件相连，为电流/温度传感器元件提供正常的工作点，使其工作在线性放大状态；[0065]所述调制器与电流/温度传感器元件相连，用以将电压信号中的失调电压和噪声电压调制到较低的值；[0066]所述运算放大器与调制器相连，用以将经过调制的信号放大后输出给解调器；[0067]所述校准器分别与偏移消除电路和运算放大器相连，校准器根据偏移消除电路的输出，校准运算放大器的基准电压，使运算放大器的输出信号精度提高；[0068]所述解调器与运算放大器相连，用以将运算放大后的信号进行解调，输出解调信号；[0069]所述缓冲器与解调器相连，用以将解调信号缓冲输出给微处理器。[0070]本实用新型应用的温度/电流传感器模块测量电流可以高达600A，测量方法是用一个大的铜排承载电流，模块装于铜排表面且处于中心的位置。温度/电流传感器模块检测到流过铜排的电流产生的磁场，经过电流/温度传感器元件、偏置单元、调制器、偏置消除电路、运算放大器、校准器、解调器、缓冲器处理后，输出线性电压信号给微处理器，由微处理器进行分析处理后实现显示和保护功能。[0071]本实用新型采用模块化设计，提供一个强大的通信、测量、保护的平台，软硬件都采用模块化设计，用户可根据需要进行裁减。基于采集的电流、电压、温度等信息及产品本身提供的接口，可实现[0072]1)保护功能过载保护、堵转保护、断相保护、三相不平横、欠载保护、接地故障保7护、触头温度保护、启动限制、欠压保护等；2)测量功能主回路触头温度、三相电流、三相电压、功率因数、功率(有功，无功， 视在功率)、电度、热容、脱扣时间、动作次数、运行时间等。3)诊断功能故障动作时各电量信息、告警记录、故障记录等。因为本实用新型应用了霍尔原理，而温度测量是霍尔元件最基本的功能，所以在测量电流的同时，也同时采集到了安装传感器的母排温度，同样所述温度/电流传感器模块将温度信号转换成线性电压信号输出给微处理器单元，由微处理器单元进行分析处理后实现温度显示和保护的功能。本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求1.一种低压电动机保护控制器，其特征在于包括微处理器、存储器、保证控制器正常工作的开关电源模块、用作信号采集的电流/温度传感器模块、开关量输入模块、开关量输出模块；所述微处理器分别与存储器、开关电源模块、电流/温度传感器模块、开关量输入模块、开关量输出模块通信相连；所述电流/温度传感器模块将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器；所述开关量输入模块用以采集触点信号或控制信号输入给微处理器做相应的判断或者执行相应的动作；所述开关量输出模块用以实现微处理器发出的动作命令或故障信号的对外输出。
2.根据权利要求1所述的低压电动机保护控制器，其特征在于所述低压电动机保护控制器还包括模拟量输出模块、电压测量模块、通信模块、显示单元模块；所述模拟量输出模块与微处理器通信相连，用以将微处理器输出的模拟量输出给外围设备；所述电压测量模块用以采集电压信号，并将电压信号转换成弱电信号后再进行A/D转换，然后输入给微处理器；所述通信模块与微处理器通信相连，用以实现与后台控制系统的通讯；所述显示单元模块与所述微处理器通信相连，用以显示保护控制器检测的实时电量值。
3.根据权利要求2所述的低压电动机保护控制器，其特征在于所述通信模块为RS485 通信模块。
4.根据权利要求1所述的低压电动机保护控制器，其特征在于所述电流/温度传感器模块将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器进行分析；所述电流/温度传感器模块包括电流/温度传感器元件、偏置单元、调制器、偏置消除电路、运算放大器、校准器、解调器、缓冲器；所述电流/温度传感器元件用以感应母排的电流和温度， 输出电压信号给偏置单元、调制器、和偏置消除电路；所述偏置单元与电流/温度传感器元件相连，为电流/温度传感器元件提供正常的工作点，使其工作在线性放大状态；所述调制器与电流/温度传感器元件相连，用以将电压信号中的失调电压和噪声电压调制到较低的值；所述运算放大器与调制器相连，用以将经过调制的信号放大后输出给解调器；所述校准器分别与偏移消除电路和运算放大器相连，用以根据偏移消除电路的输出，校准运算放大器的基准电压；所述解调器与运算放大器相连，用以将运算放大后的信号进行解调，输出解调信号；所述缓冲器与解调器相连，用以将解调信号缓冲输出给微处理器。
5.根据权利要求1所述的低压电动机保护控制器，其特征在于所述电流/温度传感器模块为能够同时测量母排电流和温度的霍尔元件或一种基于霍尔效应的单轴集成磁传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种低压电动机保护控制器，该控制器包括微处理器、存储器、开关电源模块、电流/温度传感器模块、开关量输入模块、开关量输出模块；电流/温度传感器模块将采集到的电流/温度信号直接处理成数字信号输出给微处理器；开关量输入模块用以采集触点信号或控制信号输入给微处理器；开关量输出模块实现微处理器发出的动作命令或故障信号的对外输出；本实用新型的低压电动机保护控制器弥补了普通电动机保护控制器的不足，实现了电流和温度信号的同时采集和线性输出；此外，微处理器可以直接进行信号的处理，而且只需要采用单壳架等级，避免了传统型设计中不同壳架对模具的投入，降低了成本。
文档编号H02H7/08GK202260404SQ20112037510
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者王俊峰, 高冬梅 申请人:上海大全赛奥法电气科技有限公司